针对使用单一频率飞秒激光纵模间拍信号测距时测量分辨力和最大非模糊距离之间的矛盾,提出了一种同时使用不同频率的微波信号对距离进行测量并逐级合成测量结果的方法。分别选取频率为100 MHz和1 GHz的纵模间拍信号测量目标距离,之后调整飞秒激光器的重复频率,使1 GHz的纵模间拍信号频率变化1 MHz后再次测量,借助频率变化进一步得到更大的合成波长,最后将三次测量的结果逐级合成,在扩展最大非模糊距离的同时保证了测量结果的高精度。实验结果表明,这种方法能够将最大非模糊距离扩展到150 m,对目标绝对距离的测量结果不确定度为25.8 μm。该方法不需要改变光路结构,测量过程简便,能很好地实现大尺寸高精度的绝对距离测量。

相位法激光测距的测量精度与鉴相环节密切相关,实现高精度的距离测量要求鉴相器能够准确测量高频率调制信号之间的相位差。研究了使用正交解调的方法测量相位差,通过对测量信号和参考信号进行正交解调处理获得与相位差相关的直流偏置电平,采样并计算即可得到相位差测量结果。使用移相器配合两个正交解调模块,综合两个模块的测量结果,可以保证测量精度并分辨两路信号之间的超前滞后关系。通过实验验证,当信号频率为100 MHz,信号幅度为80 dBμV时,相位差的测量误差在-1°～1°。